Güneş Enerjisinin Isıtma Amaçlı Mevsimlik Depolanması ve Isı Pompası Destekli Kullanımı



Benzer belgeler
Binanın Özgül Isı Kaybı Hesaplama Çizelgesi

Isı Yalıtım Projesini Yapanın ONAY

Isı Yalıtım Projesini Yapanın ONAY

BİNA HAKKINDA GENEL BİLGİLER

Isı Yalıtım Projesini Yapanın ONAY

AKDENİZ BÖLGESİ İÇİN ISITMA VE SOĞUTMA DERECE- SAAT DEĞERLERİNİN ANALİZİ

TS 825 BİNALARDA ISI YALITIM KURALLARI HESAP METODUNUN BİLGİSAYAR PROGRAMI VASITASIYLA UYGULANMASI

Şekil-1 Yeryüzünde bir düzleme gelen güneş ışınım çeşitleri

BİNA HAKKINDA GENEL BİLGİLER

LÜLEBURGAZDAKİ BİNA DIŞ DUVARLARI İÇİN OPTİMUM YALITIM KALINLIĞININ BELİRLENMESİ VE MALİYET ANALİZİ

BİNA HAKKINDA GENEL BİLGİLER

ÖZGEÇMİŞ. Osmaniye Korkut Ata Üniversitesi Makine Mühendisliği Bölümü Osmaniye/Türkiye Telefon : /3688 Faks :

Abs tract: Key Words: Meral ÖZEL Serhat ŞENGÜR

TEKNOLOJİK ARAŞTIRMALAR

TARIMSAL YAPILAR. Prof. Dr. Metin OLGUN. Ankara Üniversitesi Ziraat Fakültesi Tarımsal Yapılar ve Sulama Bölümü

Güneş Enerjili Su Isıtma Sisteminin Deneysel İncelenmesi

Bölüm 4 BİNALARDA ISITMA SİSTEMİ PROJELENDİRİLMESİNE ESAS ISI GEREKSİNİMİ HESABI (TS 2164)

Dr. Murat Çakan. İTÜ Makina Fakültesi Makina Mühendisliği Bölümü BUSİAD Enerji Uzmanlık Grubu 17 Nisan 2018, BURSA

TS 825 BĐNALARDA ISI YALITIM KURALLARI HESAP METODUNUN BĐLGĐSAYAR PROGRAMI VASITASIYLA UYGULANMASI

BÖLÜM 3 SOĞUTMA YÜKÜ HESAPLAMALARI

BAZI İLLER İÇİN GÜNEŞ IŞINIM ŞİDDETİ, GÜNEŞLENME SÜRESİ VE BERRAKLIK İNDEKSİNİN YENİ ÖLÇÜMLER IŞIĞINDA ANALİZİ

Çeşitli Eğimlerdeki Yüzeylere Gelen Güneş Işınımı Şiddetinin Doğu ve Güneydoğu Anadolu Bölgelerindeki Bazı Đller Đçin Analizi

Güneş Enerjisinin Duyulur Isı Olarak Depolanabilirliği

Abs tract: Key Words: Elif ŞAHİN Erkan DİKMEN Arzu ŞENCAN ŞAHİN

GÜNEŞ ENERJİLİ SICAK SU SİSTEMLERİ

NİTELİKLİ CAMLAR ve ENERJİ TASARRUFLU CAMLARIN ISI YALITIMINA ETKİSİ

Abs tract: Key Words: Meral ÖZEL Nesrin İLGİN

GÜNEŞ ENERJİSİ İLE SU ISITILMASI

VAKUM TÜPLÜ KOLEKTÖRLERİYLE DÜZLEM KOLEKTÖR VE GÜNEŞ HAVUZUNDAN OLUŞAN SİSTEMİN ISITMA PERFORMANSI

GÜNEŞ ENERJİSİ KULLANIMINDA OPTİMUM TİLT AÇISININ ÖNEMİ

Kalorifer Tesisatı Proje Hazırlama Esasları. Niğde Ömer Halisdemir Üniversitesi Makine Mühendisliği Bölümü Doç. Dr.

GÜNEŞ ENERJĐSĐ IV. BÖLÜM. Prof. Dr. Olcay KINCAY

Kalorifer Tesisatı Proje Hazırlama Esasları. Niğde Üniversitesi Makine Mühendisliği Bölümü

HASRET ŞAHİN ISI EKONOMİSİ


Enerji Yönetmeliğine Göre Konutların Farklı Isı Yalıtım Malzemeleri İle Yalıtılmasının Ekonomik Analizi Üzerine Bir Araştırma: Kahramanmaraş Örneği

EŞANJÖR (ISI DEĞİŞTİRİCİSİ) DENEYİ FÖYÜ

Isı transferi (taşınımı)

Isıtma Süreci ve Optimum Yalıtım Kalınlığı Hesabı

GÜNEŞ KAYNAKLI ISI POMPALARI

PREFABRİK YAPI A.Ş. EKO KONTEYNER PROJESİ ENERJİ MODELLEMESİ RAPORU

T.C. DÜZCE ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ MM G Ü Z D Ö N E M İ

ISI Mühendisliği İçindekiler

MAK104 TEKNİK FİZİK UYGULAMALAR

KONUTLARDA VE SANAYİDE ISI YALITIMI İLE ENERJİ TASARRUFU - SU YALITIMI EĞİTİMİ VE GAP ÇALIŞTAYI

Oturum Başkanı: Dilşad BAYSAN ÇOLAK

SERA ISITMA İÇİN GÜNEŞ ENERJİLİ AKTİF ISITMA SİSTEMLERİ. H. Hüseyin ÖZTÜRK Ali BAŞÇETİNÇELİK Cengiz KARACA

Dr. Fatih AY. Tel: ayfatih@nigde.edu.tr

SERALARIN TASARIMI (Seralarda Isıtma Sistemleri) Doç. Dr. Berna KENDİRLİ A. Ü. Ziraat Fakültesi Tarımsal Yapılar ve Sulama Bölümü

TABİİ DOLAŞIMLI, ENDİREKT ISITMALI PRİZMATİK TİP KOLLEKTÖRLÜ GÜNEŞ ENERJİSİ SİSTEMLERİNİN DENEYSEL İNCELENMESİ

GÜNEŞ ENERJİSİ Termal Sistemler SOLİMPEKS AKADEMİ İZMİR

Isı Kaybı Hesabına Örnek

T. C. GÜMÜŞHANE ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK VE DOĞA BİLİMLERİ FAKÜLTESİ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ DENEYLER 2

DOĞAL DOLAŞIMLI, DOLAYLI VE FARKLI TİPTEKİ GÜNEŞ ENERJİSİ SİSTEMLERİNİN DENEYSEL KARŞILAŞTIRILMASI

ISITILAN YÜZME HAVUZLARINDA ISITMA YÜKÜ HESABI ve ISITICI SEÇİMİ

KMM 302 KİMYA MÜHENDİSLİĞİ LABORATUVARI I

Termal Enerji Depolama Nedir

Isıtma tesisatında yıllık yakıt miktarı hesaplanarak, yakıt deposu tesisin en az 20 günlük yakıt gereksinimini karşılayacak büyüklükte olmalıdır.

TÜBiTAK-BİDEB Kimya Lisans Öğrencileri ( Kimyagerlik, Kimya Öğretmenliği ve Kimya Mühendisliği ) Araştırma Projesi Çalıştayı Kimya-2, Çalıştay-2011

OREN303 ENERJİ YÖNETİMİ KERESTE KURUTMADA ENERJİ ANALİZİ/SÜREÇ YÖNETİMİ

YUNUS ACI

Vakum Tüplü Kollektörlerin Güneş Havuzu Performansı Üzerine Etkisi.

Prof. Dr. Berna KENDİRLİ

Gönen Jeotermal Bölge Isıtma Sistemiyle Isıtılan Farklı Tip Binaların Dış Duvarlarının Optimum Yalıtım Kalınlıklarının Belirlenmesi

Yatay Katmanlı Topraklarda Katman Fiziksel Özelliklerinin Toprak Sıcaklığına Etkisi

T.C. BALIKESİR ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ MAKİNA MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI

The Effects On Energy Saving Thermal Insulation Thickness In Used Different Structure Materials

Hidrojen Depolama Yöntemleri

ROLLBOND BUHARLAŞTIRICILI DOĞRUDAN GENLEŞMELİ BİR ISI POMPASI SU ISITICISININ PERFORMANSININ DENEYSEL OLARAK İNCELENMESİ

HİDROLOJİ. Buharlaşma. Yr. Doç. Dr. Mehmet B. Ercan. İnönü Üniversitesi İnşaat Mühendisliği Bölümü

BİLECİK ŞEYH EDEBALİ ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ MAKİNE VE İMALAT MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

SOĞUTMA ÇEVRİMLERİ 1

Makine Mühendisliği Bölümü Isı Transferi Ara Sınav Soruları. Notlar ve tablolar kapalıdır. Sorular eşit puanlıdır. Süre 90 dakikadır.

Abs tract: Key Words: Abdullah YILDIZ Mustafa Ali ERSÖZ

TÜRKİYE DE BÖLGESEL OLARAK GÜNEŞ ENERJİLİ SICAK SU HAZIRLAMA SİSTEMLERİNİN KAPASİTE HESAPLARININ BİLGİSAYAR PROGRAMI İLE YAPILMASI

Bölüm-1 BİNALARDA ISI KAYBI HESABI Yrd. Doç. Dr. Selahattin ÇELİK. Kaynak: Kalorifer Tesisatı MMO

ENERJİ DEPOLAMA. Özgür Deniz KOÇ

Key words: Double-glazed windows, triple-glazed windows, optimum air-layer thickness

M 324 YAPI DONATIMI ISITICI ELEMANLAR. Dr. Salih KARAASLAN. Gazi Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Makine Mühendisliği Bölümü

Diğer yandan Aquatherm kataloglarında bu konuda aşağıdaki diyagramlar bulunmaktadır.

ISI POMPASI. Abdunnur GÜNAY / FENTEK Müh.Ltd.Şti.

A. PROJE BİLGİLERİ 2 B. DEPO HACMİ 4 C. YAPI BİLEŞENLERİNİN ÖZELLİKLERİ VE ISI İLETİM KATSAYILARI 5 1)DIŞ DUVAR 5 2)İÇ DUVAR 5 3)TAVAN 6 4)TABAN 6

SANDVİÇ VE GAZBETON DUVAR UYGULAMALARININ ORTALAMA ISI GEÇİRGENLİK KATSAYISI VE ISI KAYBI ÜZERİNDEKİ ETKİSİNİN İNCELENMESİ. U.

f = =

Teknoloji Fakültesi, Karabük Üniversitesi, TR-78050, Karabük, Türkiye Muş Sultan Alparslan Teknik ve Endüstri Meslek Lisesi, Muş, Türkiye.

ISITMA SÜRECİ VE OPTİMUM YALITIM KALINLIĞI HESABI

YILDIZ ENERJİ EVİ. Yıldız Enerji Evi

Termodinamik. Öğretim Görevlisi Prof. Dr. Lütfullah Kuddusi. Bölüm 2 Problemler. Problem numaraları kitabın «5 th Edition» ile aynıdır.

Meteoroloji. IX. Hafta: Buharlaşma

KMPT-Montaj-Bakım Kılavuzu

T.C TRAKYA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜTÜSÜ

Makale. ile ihtiyacın eşitlendiği kapasite modülasyon yöntemleri ile ilgili çeşitli çalışmalar gerçekleştirilmiştir

Bölüm II Sıcak Sulu Kalorifer Sistemleri. Yrd. Doç. Dr. Selahattin Çelik

3) Isı kazancının eşit dağılımı, küte volanı ve solar radyasyon kaynaklı ısı yükü (Q radyasyon )

ISITILAN YÜZME HAVUZLARINDA ISITMA YÜKÜ HESABI ve ISITICI SEÇİMİ

PLAKALI ISI EŞANJÖRÜ SEÇĐMĐ: [1)YÜZME HAVUZLARININ ISITILMASINDA ÇAĞDAŞ ÇÖZÜM. Semih Ferit Emekli

Sürdürülebilir Binalarda Isıl Depolama. Dr. İbrahim Çakmanus

Boyler, Baca hesabı. Niğde Üniversitesi Makine Mühendisliği Bölümü

FARKLI TİPTE MODELLENMİŞ GÜNEŞ DUVARLARININ ISIL PERFORMANSININ SAYISAL OLARAK İNCELENMESİ

TERMAL ve ENERJİ MÜHENDİSLİĞİ. Rıdvan YAKUT

Transkript:

Süleyman Demirel Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi Suleyman Demirel University Journal of Natural and Applied Science 19(2), 54-59, 215 Güneş Enerjisinin Isıtma Amaçlı Mevsimlik Depolanması ve Isı Pompası Destekli Kullanımı Ahmet ÖZSOY* 1 1 Süleyman Demirel Üniversitesi, Teknoloji Fakültesi, Enerji Sistemleri Mühendisliği, 322, Isparta (Alınış Tarihi: 9.3.215, Kabul Tarihi: 2.5.215) Anahtar Kelimeler Güneş enerjisi Mevsimlik depolama Enerji depolama Isı pompası Özet: Bu çalışmada, müstakil tek katlı bir konutun Isparta şartlarında ısınma ihtiyacının güneş enerjisinden sağlanması amaçlanmıştır. Bu amaç 12 adet düzlemsel güneş kollektörü ile güneşten alınan enerji 6 m 3 kapasiteli bir depoda, propilen glikol - su üzerinde duyulur ısı olarak depolanmıştır. Isıtma ihtiyacı olduğunda depolanan su sıcaklığının 5 C nin üzerinde olduğu zamanlarda konutun ısıtılmasında doğrudan kullanılmıştır. Depodaki su sıcaklığının bu değerin altına düştüğü zamanlarda ısı pompası ile bu sıcaklığa getirilerek kullanıldığı kabul edilmiştir. Yapılan sayısal çalışmada ısıtma ihtiyacı TS 825 standardına göre aylık olarak hesaplanarak, aylık ortalama değerlerden günlük değerler tahmin edilmiştir. En fazla ısıtma ihtiyacının 19 Ocak günü 346.12 MJ olduğu görülmüştür. Depodaki su sıcaklığı 16.5-96.1 C arasında değişmekte olup, en düşük depo sıcaklığına 6 Mart, en yüksek depo sıcaklığına ise 2 Ağustos da ulaşılmıştır. Haziran - Ağustos ayları arasında ısıtma ihtiyacının olmadığı, Eylül - Aralık ayları arasında ısıtma ihtiyacının doğrudan depodan sağlandığı, Ocak - Mayıs ayları arasında ısı pompasının devreye girerek ısıtma sağlandığı belirlenmiştir. Isı pompasının çalıştığı durumlarda, COP 3.78 ile 5.54 arasında değişmektedir. Yapılan bu çalışmadan elde edilen sonuçlara göre, depolanan enerjinin konut ısıtmasında çoğunlukla doğrudan, kısmen de ısı pompası desteği ile kullanılabileceği ortaya konulmuştur. Seasonal Heat Storage of Solar Energy for Heating and The Use of Heat Pump Assisted Keywords Solar energy Seasonal storage Energy storage Heat pump Abstract: In this study, the aim was to provide the heating need of a detached house from the solar energy in Isparta. For this purpose, solar energy is stored as sensible heat on the water-glycol with 12 flat plate solar collectors. When the temperature of stored water is over 5 C, it is directly used for heating the house. When the water temperature in the tank falls below this value it is considered that the temperature increased by a heat pump. Heating needs in the numerical study is calculated monthly based on the standard TS 825. Daily values were estimated from monthly mean values. Heating energy requirement was calculated as 346.12MJ at 19 January. It was the highest value of the year. Water temperature in the tank ranged from 16.5 to 96.1 C, minimum storage temperature occurred at 6 March while the highest was 2 August. It was seen that June to August there is no need for heating, September to December the heating need provided directly from the storage tank, January to May the heating need is provided with heat pump. It is calculated that COP of the heat pump was vary between 3.78 and 5.54. It was shown with calculations that stored energy is mostly used for heating directly, partly used with the heat pump. 1. Giriş Türkiye coğrafi konumu nedeniyle güneş kuşağı olarak tanımlanan 45 kuzey ve güney enlemleri arasında bulunduğundan güneş enerjisi açısından zengin ülkelerdendir. Yıllık ortalama toplam güneşlenme süresi 264 saat ve ortalama yatay düzleme gelen toplam ışınım da 1311 kwh/m 2 yıl dır * İlgili yazar: ahmetozsoy@sdu.edu.tr

(ETKB, 215). Ülkemizdeki konutların %2 sinde güneşli sıcak su hazırlama sistemi bulunmaktadır. Türkiye güneş kollektörü üretiminde dünyada ikinci, kullanımında ise üçüncü durumdadır (Altuntop ve Erdemir, 213). Ancak Türkiye de güneş enerjisi sadece sıcak su üretimi için kullanılmakta, konutların ısıtılması veya soğutulması yada elektrik üretimi henüz yaygınlaşmamıştır. Güneş enerjisinin diğer alanlarda kullanımının yaygınlaşamamasının en büyük nedeni kesikli olması, enerji yoğunluğunun çok az olması, en fazla ihtiyaç duyulduğu zamanlarda ya hiç yada az olmasıdır. Güneş enerjisi kullanımında bu olumsuzlukların kısmen de olsa giderilebilmesi için depolanması gerekmektedir. Güneş enerjisinin yeraltındaki büyük depolarda duyulur ısı olarak (Chung vd., 1998; Melib ve Spate 2; Yumrutaş ve Ünsal 2; Schmidt vd., 24; Uçar ve İnallı, 27), faz değiştiren malzemelerin üzerinde (Kaygusuz ve Ayhan, 1999), çakıl taşlarında (Kürklü vd., 23; Öztürk, 24) veya toprakta (Gauthier vd., 1997) depolanması ile ilgili çalışmalar yapılmıştır. Duyulur ısı depolamada çevrimin sınırsız sayıda gerçekleşmesi bir avantaj, gereksinim duyulan depo hacminin büyük olması ise dezavantajdır. Faz değiştiren malzemelerin ısı depolanmasında ihtiyaç duyulan depolama hacmi duyulur ısı depolamaya göre daha az, ancak bu malzemelerin kullanım ömürleri ise sınırlıdır. Bu çalışmada ise güneş enerjisinin bir konutun ısıtma enerjisini karşılamak amacıyla mevsimlik olarak bir depoda duyulur ısı olarak depolanması ve ısıtma ihtiyacı olduğunda doğrudan yada ısı pompası yardımıyla kullanılması amaçlamıştır. 2. Materyal ve Yöntem Konutun ısı ihtiyacı TS 825 Binalarda ısı yalıtım kuralları standardına göre yapılmıştır. Bu standartta bina tek bölüm olarak kabul edilip yıllık ısı enerjisi ihtiyacı aşağıdaki eşitlikten hesaplanır (TS825, 28). Qyıl = ΣQay (1) Burada, Qyıl yıllık ısıtma enerjisi ihtiyacını göstermek üzere aylık ısıtma enerjisi ihtiyaçlarının toplamına karşılık gelmektedir. Aylık ısıtma enerjisi ihtiyacı ise aşağıdaki eşitlikten hesaplanabilir. Qay = [H (Ti,ay- Td,ay) - ηay (φi,ay+ φg,ay)] t (2) Burada, H binanın özgül ısı kaybını, Ti,ay aylık iç sıcaklık değeri ve Td,ay aylık ortalama dış sıcaklık değerini göstermektedir. İç sıcaklık değeri ısıtma durumu için 19 C olarak alınmalıdır. Dış sıcaklık değerleri ise binanın bulunduğu bölgeye göre standartta verilmektedir. ηay kazançlar için aylık ortalama kullanım faktörünü, φi,ay Aylık ortalama iç kazançları, φg,ay aylık ortalama güneş enerjisi kazancını, t zamanı (saniye) bir aylık süreyi ifade etmektedir. Bina için özgül ısı kaybı; H = Hi + Hh (3) eşitliğinden bulunur. Burada, Hi iletimle olan, Hh ise havalandırma ile olan ısı kayıplarını ifade etmektedir. İletimle olan ısı kaybı, Eşitlik 4 ten bulunur. Hi = ƩAU + IUI (4) Buradaki, IUI terimi binadaki ısı köprülerinden olan ısı kaybına karşılık gelir. Bina dıştan giydirme olarak yalıtılırsa ısı köprüleri ihmal edilir. ƩAU terimi ise Eşitlik 5 ten bulunur. ƩAU = U D A D + UpAp + UkAk +.8 UTAT +.5 UtAt + UdAd +.5 UdsAds (5) Eşitlikteki, terimlerin her birisi sırasıyla dış duvarlardan, pencerelerden, dış kapıdan, tavandan, döşemeden, dış ortam havası ile temas halindeki yerlerden ve düşük sıcaklıklardaki ortamlardan olan ısı kayıplarını ifade etmektedir. Havalandırma ile olan ısı kaybı ise Eşitlik 6 dan hesaplanmıştır. Hh = ρcvı (6) Burada ρ ve C sırasıyla havanın yoğunluğu ve özgül ısısını, Vı ise hacimsel hava değişimini ifade etmektedir. Havalandırmanın doğal veya zorlanmış olması durumlarında hacimsel hava değişimi için farklı katsayılar kullanılır. Aylık ortalama iç kazançlar bina içinde bulunan insanlar ve ısı üreten cihazlardan ortama kazanılan ısı enerjisini ifade etmekte olup konutlar için 5 W/m 2 olarak alınabilir. Güneş enerjisi kazançları ise binanın güneş ışığını geçiren pencere büyüklükleri, cam geçirgenlikleri ve yönlerine göre ay ay ilgili standarda verilen değerlere göre hesaplanır. Kazanç kullanım faktörü (η) ısı kazançlarının ısıtma ihtiyacının olmadığı zamanları da dikkate almak amacıyla her ay için Eşitlik 7 den hesaplanır. ηay = 1 - e (-1/KKOay) (7) KKOay = (φi,ay + φ g,ay) / H(Ti,ay Td,ay) (8) Isı kayıplarının bulunmasında her ay için kayıp kazanç oranı (KKO) ayrı ayrı hesaplanmakta (Eşitlik 8), KKO değerinin 2.5 ve üzerinde olması durumunda binanın ısıtılmasına ihtiyaç olmadığı kabul edilmektedir. Eğer dış ortam sıcaklığı konutlar için istenilen iç ortam sıcaklığı olarak kabul edilen 19 C den yüksek ise yine ısıtma ihtiyacı yok kabul edilir. 55

Diğer tüm durumlar için ısı kayıpları hesaplamalarda dikkate alınmalıdır. Binanın TS 825 standardına uyabilmesi için, bir yıl için bulunan toplam ısı kayıpları birim alan veya hacim başına düşen miktarının standartta verilen sınır değerini geçmemesi gerekir. Bu çalışma kapsamında 3. bölgede bulunan Isparta (37 45 K, 3 33 D) için bir konutun ısı ihtiyacı TS 825 standardına göre hesaplanmıştır. Konutların ısıtma projelerinin hazırlanmasında bu standardın kullanılması uygun değildir. Bu amaçla TS 2164 standardı kullanılır. Ancak bir yıllık ısıtma enerjisinin tahmin edilmesinde TS 825 standardı kullanılabilir. Çalışma kapsamında Isparta da bulunan ayrık nizam, tek katlı 156 m 2 bürüt alana sahip bir bina üzerinde çalışıldı. Bu konutun toplam 18.27 m 2 penceresi, 2.2 m 2 dış kapısı, toplam 13 m 2 dış duvarları, 156 m 2 çatı ve döşeme alanı vardır. Duvarlar iç ve dış sıva, yatay delikli tuğla ve 1 cm XPX yalıtım malzemesinden oluşmaktadır. Tavan ve döşemede de aynı kalınlıkta yalıtım malzemesi kullanılmıştır. Yapılan bu kabullere göre konutun yıllık ısıtma enerjisi ihtiyacı hesaplanmıştır. Konutun ısıtma enerjisi ihtiyacını karşılamak üzere 12 adet 9*19 cm ölçülerinde 1.66 m 2 seçici yüzeyli, bakır düzlemsel güneş kollektörü kullanılmıştır. Kollektörlerden elde edilen ısı enerjisi bina bodrumunda 6 m 3 kapasiteli (2 m 3 kapasiteli 3 adet) depoda duyulur ısı olarak depolanmaktadır. Isıtma ihtiyacı olduğunda, depodaki su sıcaklığı 5 C ve üzerinde ise doğrudan, 5 C nin altında ise depo bir ısı kaynağı olarak kullanılıp ısı pompası yardımıyla sıcaklığı artırılıp ısıtma sağlanmıştır. Yeryüzüne gelen güneş radyasyonun eğik düzlem üzerine gelen kısmı aylık bazında değerleri Isparta için kollektör eğim açısının enlem ile aynı olduğu durum için TS 3817 standardından alınmış olup Tablo 1 de verilmiştir. Tablo 2 de ise Isparta için güneşlenme süreleri verilmiştir. Tablo 1. Isparta aylık ortalama yatay, enlem derecesi ile aynı ve Enlem-15 derece eğimli yüzeye gelen güneş radyasyonu ve dış ortam sıcaklığının değişimi (TS 3817, 1994) Ocak Şubat Mart Nisan Mayıs Haziran Temmuz Ağustos Eylül Ekim Kasım Aralık Yatay düzleme gelen güneş 645 9 1258 14567 18377 1959 19925 18418 1492 1591 7691 5567 radyasyonu (kj/m 2 gün) Enlem ile aynı eğik düzleme gelen güneş 1134 12198 13831 1448 16835 1771 17627 17594 16271 1375 11754 9197 radyasyonu (kj/m 2 gün) Enlem-15 derece eğimli yüzeye gelen güneş 8992 11348 1369 14961 17862 18594 1911 18536 16317 12951 1515 862 radyasyonu (kj/m 2 gün) Dış ortam sıcaklığı ( o C) 1.8 2.8 5.6 1.7 15.4 19.7 23.1 23.2 18.5 13.2 8.2 4. Tablo 2. Isparta aylık ortalama güneşlenme süresi (EİEİ, 21) Ocak Şubat Mart Nisan Mayıs Haziran Temmuz Ağustos Eylül Ekim Kasım Aralık Güneşlenme süresi (saat) 4.2 5.5 6.5 7.4 8.4 11.1 11.4 11.5 1. 7.4 5.4 4.1 Aylık ortalama güneş radyasyonu değerlerinden günlük değerler bulunmuştur. Yılın herhangi bir gününde Isparta için enlem derecesi ile aynı eğime sahip birim alana gelen toplam güneş radyasyonu Eşitlik 9 dan hesaplanmıştır. G=-3E-11d 6 + 7E-8d 5-5E-5d 4 +.13d 3 1.6238d 2 + 138.68d + 7447.1 (9) Burada, G (kj/m 2 gün) toplam güneş radyasyonunu, d ise gün sayısını 1 Ocak günü 1 den başlamak ve 31 Aralık günü için 365 olmak üzere yılın kaçıncı günü olduğunu ifade etmektedir. Güneş kollektörüne gelen radyasyonu suya aktarılarak mevsimlik ısı deposuna gönderilmek suretiyle duyulur ısı olarak propilen glikol-su üzerinde depolanmıştır. Sistemde kullanılan güneş kollektörü seçici yüzeyli, net kollektör alanı 1.66 m 2 olup kollektör verimi Eşitlik 1 da verildiği gibi değişmektedir. ᶯkol = -52.3 X 2 +.44 X +.8 (1) X = (Tkol - Tçev)/I (11) Burada ηkol kollektör verimini, Tkol ortalama kollektör sıcaklığını, Tçev çevre sıcaklığını ve I ise ışınım şiddetini (W/m 2 ) göstermektedir. Kollektörler 56

güneşin olduğu zamanlarda ısı enerjisi alacağında çevre sıcaklığı olarak gündüz sıcaklığı kullanılmalıdır. Bu sıcaklık bilinmediğinden, bir yaklaşım olarak, meteorolojik verilerden saat 7, 14 ve 21 deki sıcaklıklar (T7, T14 ve T21) kullanılarak gündüz ortalama sıcaklığı (Tçev) Eşitlik 12 den hesaplanmıştır. Tçev = [(4T7) + (7T14) + (3T21)] / 14 (12) Isparta için aylık ışınım şiddeti, günlük güneş radyasyonunun, güneşlenme süresine oranından hesaplanmış, aylık ışınım şiddeti ortalamalarından günlük değerlere geçilmiştir. Isparta için ışınım şiddetinin yıl boyunca günlük ortalama değeri Eşitlik 13 kullanılarak hesaplanmıştır. I = -2E-13d 6 + 3E-1d 5-1E-7d 4 + 2E-5d 3 +.4d 2.387d + 3.679 (13) Güneşten alınan enerjinin (Qgün) depo sıcaklığında sağladığı artış Eşitlik 14 den bulunmuştur. ΔT = Qgün / (mc) (14) Burada, ΔT depodaki sıcaklık artışı, m depodaki akışkan miktarı ve C akışkanın özgül ısı kapasitesidir. Depoda akışkan olarak % 3 oranında propilen glikol ihtiva eden antifirizli su karışımı kullanılmıştır. Sistemin ilk olarak mayıs ayında çalışmaya başladığı, başlangıçta depo sıcaklığı bu tarihteki toprak sıcaklığına (16 o C) eşit olduğu kabul edilmiştir. Depodan dış ortama olan ısı kayıpları deponun bodrumda olduğu, ortam sıcaklığının dış ortam ile aynı sıcaklıkta olduğu, depo üzerinin 5 cm kalınlığında cam yünü ile yalıtıldığı kabul edilmiştir. Konutun ısı ihtiyacını sağlayacak 8.4 kw gücünde, 55 C çıkış sıcaklığı verebilen bir ısı pompası seçilmiştir (Viessmann, 215). Isı pompasının sıcaklıkla COP değişimi Eşitlik 15 de verildiği gibi değişmektedir. Burada Tk kaynak (depo) sıcaklığını ifade etmektedir. COP =.531Tk + 2.927 (15) 3. Sonuçların Değerlendirilmesi Bu çalışmadan elde edilen sonuçların analizinde, güneşten alınan enerji, ısıtma enerjisi ihtiyacı, kolektör verimi, depolama verimi ve ısı pompası ısıtma tesir katsayısı gibi parametrelerin yıl boyunca değişimi değerlendirilmiştir. Güneşten alınan enerji ile ısıtma enerjisi ihtiyacının yıl boyunca değişimi Şekil 1 de verilmiştir. Grafikten görüldüğü gibi ısıtma ihtiyacı ile güneşten alınan enerji ters orantılıdır. Güneş enerjisinin fazla olduğu zamanlarda ısıtma ihtiyacı ya yok, yada daha azdır. Güneş enerjisinin az olduğu zamanlarda ısıtma ihtiyacı daha fazladır. Günlük Isıtma enerjisi ihtiyacı, Güneşten alınan enerji (kj/gün) 35 3 25 2 15 1 5 Q-ısıtma Q-güneş 5 1 15 2 25 3 35 Şekil 1. Günlük ısıtma enerjisi ihtiyacı ile güneşten alınan enerjinin yıl boyunca değişimi Şekil 2 de sistemin ilk çalışmaya başladığı kabul edilen 1 Mayıs tan itibaren hem ısıtma için enerji sağlanmış, hem de enerji depolaması yapılmıştır. Enerji ihtiyacının en fazla olduğu gün 19 Ocak olup, bu gün için toplam 346.1 MJ ısıtma enerjisine ihtiyaç duyulmaktadır. Isıtmanın gerekmediği durumlarda güneşten alınan enerjinin tamamı depolamaya aktarılmıştır. Şekilden görüldüğü gibi sistem ikinci yıldan itibaren yaklaşık rejime girmektedir. İkinci yılda 12 Haziran ile 2 Eylül arasında ısıtma ihtiyacı yoktur. 3 Eylül ile 16 Aralık arasında konutun ısıtma ihtiyacı depo sıcaklığı 5 C nin üzerinde olduğu için doğrudan depodan sağlanmaktadır. 17 Aralık ile 23 Mayıs arasında ısıtma ihtiyacı ısı pompası destekli olarak sağlanmaktadır. Yine 24 Mayıs ile 19 Haziran arasında az miktarda olan ısı ihtiyacı depodan sağlanmaktadır. İkinci yılda 1 Mayıs tan itibaren bir yıl içinde 75 gün ısıtma ihtiyacına gerek duyulmamakta, 138 gün ısı pompası depoyu ısı kaynağı olarak kullanıp su sıcaklığını 55 C ye çıkarmakta, yılın 152 günü depo sıcaklığı 55 C nin üzerinde olduğundan ısı pompası devreye girmeden doğrudan ısıtma yapılmaktadır. 57

Isıtma enerjisi ihtiyacı (MJ) 4 35 3 25 2 15 1 5 Isıtma ihtiyacı yok Isıtma var. Isı pompası devre dışı Isıtma var. Isı pompası devrede Isıtma enerjisi ihtiyacı 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 11 Şekil 2. Üç yıllık çalışma boyunca depodan çekilen enerjinin günlük değişimi Şekil 3 te sistemde kullanılan güneş kollektörlerinin günlük ortalama verimleri ile depolama veriminin değişimi görülmektedir. Depo sıcaklığı arttıkça kollektör verimi ısıl kayıpların artması nedeniyle azalmaktadır. Güneş kollektörlerinin ortalama verimi % 41.7 ve depolama verimi de % 11.8 olarak hesaplanmıştır. Depodan dış ortama olan ısıl kayıplar yalıtımın artırılması ile kısmen azaltılabilir. Depo sıcaklığı maksimum 96.1 C ye minimum da 16.5 o C ulaşmaktadır. Depo kapasitesi ve kollektör sayısı seçilirken, suyun kaynama sıcaklığına ulaşmaması, depodaki suyun donmaması gerekir. Şekil 3 teki grafikten görüldüğü gibi sistem ikinci yılında kararlı hale gelmiştir. Depo sıcaklığı ( C), Verim (%) 1 9 8 7 6 5 4 3 2 1 Kollektör verimi Depolama verimi Depo sıcaklığı 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 11 Şekil 3. Depo sıcaklığı ile kollektör veriminin üç yıllık çalışma boyunca değişimi 6, 1 COP 5,5 5, 4,5 4, 3,5 3, 8 6 4 2 COP değeri Depo sıcaklığı 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 11 Şekil 4. Isı pompasının devrede olduğu zamanlarda COP nin değişimi Depo sıcaklığı ( C) 58

Şekil 4 te ısı pompasının çalıştığı zamanlarda, depo sıcaklığına bağlı olarak değişen COP değerlerinin üç yıllık süreçteki değişimi görülmektedir. Minimum COP değeri depo sıcaklığının en az olduğu (16.5 C) 6 Mart günü, maksimum COP ise 18 Aralık ve 23 Mayıs günleri görülmektedir. Bu günler ısı pompasının devreye gireceği, depo sıcaklığının 5 C nin altında olduğu en yüksek sıcaklıktadır. Isı pompasının devrede olduğu zamanlar için COP değeri en fazla 5.54 ve en az 3.78 olarak hesaplanmıştır. 4. Sonuç Bu çalışmada, Isparta şartlarında müstakil tek katlı bir konutun ısıtılması amacıyla 12 adet güneş kollektörü ile sağlanacak enerjinin toplam 6 m 3 kapasiteli bir depoda mevsimlik depolanması teorik olarak çalışılmıştır. Depodaki sıcaklık 16.5 ile 96.1 C arasında değişmektedir. 8.4 kw lık ısı pompası kullanıldığı durumda COP değerinin 3.78-5.54 arasında hesaplanmıştır. Konutun yıllık ısıtma enerjisi ihtiyacının % 84 lük kısmının güneş enerjisinden sağlanabileceği belirlenmiştir. Güneş kollektörlerinin ortalama verimi % 41.7 ve depolama verimi ise % 11.8 olarak bulunmuştur. Sonuç olarak güneş enerjisinin mevsimlik olarak depolanıp, konut ısıtmasında çoğunlukla doğrudan, kısmen de ısı pompası desteği ile kullanılabileceği tespit edilmiştir. Isı pompasının bu enerjiyi sağlaması için yıllık ısıtma enerjisi ihtiyacının % 16 lık bir kısmına karşılık elektrik sarfiyatı olacağı belirlenmiştir. Kaynaklar Altuntop, N., Erdemir, D., 213. Dünyada ve Türkiye de Güneş Enerjisi ile ilgili Gelişmeler. Mühendis ve Makine, 54, 639, 69-77. Kürklü, A., Bilgin, S., Özkan, B., 23. A study on the solar energy storing rock-bed to heat a polyethylene tunnel type greenhouse. Renewable Energy, 28, 683 697. Melib, M., Spate, F., 2. The solar heating system with seasonal storage at the solar-campus Julich. Solar Energy. 69, 6, 525 533. Öztürk, H. H., 24. Comparison of energy and exergy efficiencies of an underground solar thermal storage system. Int. J. Energy Res. 24; 28:341 353. Schmidt, T., Mangold, D., Muller-Steinhagen, H., 24. Central solar heating plants with seasonal storage in Germany. Solar Energy, 76, 165 174. TS 825, 28. standardı. Binalarda ısı yalıtım kuralları TS 3817, 1994. Güneş enerjisi-su ısıtma sistemlerinin yapım tesis ve işletme kuralları. Uçar, A., İnallı, M., 27. A thermo-economical optimization of a domestic solar heating plant with seasonal storage. Applied Thermal Engineering, 27, 45 456. Viessmann, 215. Vitocal 3/35, Teknik Bilgi Föyü. http://www.viessmann.com.tr/content/dam/interne t-tr/datenblatt/vitocal3-35.pdf (Erişim Tarihi: 4.3.215). Yumrutaş, R., Ünsal, M., 2. Analysis of solar aided heat pump systems with seasonal thermal energy storage in surface tanks. Energy, 25, 1231 1243. Chung, M., Park J., Yoon, H.K., 1998. Simulation of a central solar heating system with seasonal storage in Korea. Solar Energy. 64, 4 6, 163 178. EİEİ., 21. Türkiye güneş ışınımı ve güneşlenme süresi değerleri. Elektrik İşleri Etüd İdaresi Genel Müdürlüğü, Ankara. ETKB, 215. Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanlığı, Güneş Enerjisi Potansiyeli. http://www.eie.gov.tr/eieweb/turkce/yek/gunes/tgunes.html (Erişim Tarihi: 4.3.215) Gauthier, C., Lacroix, M., Bernier, H., 1997. Numerical simulation of soil heat exchanger-storage systems for greenhouses. Solar Energy, 6, 333-346. Kaygusuz, K., Ayhan, T., 1999. Experimental and theoretical investigation of combined solar heat pump system for residential heating. Energy Conversion & Management 4, 1377-1396. 59